一种电动伺服控制电路的制作方法

本实用新型属于机电控制技术领域，更具体地，涉及一种电动伺服控制电路。

背景技术：

随着微电子技术和半导体工业的不断创新和发展，超大规模集成电路(Very Large Scale Integration，VLSI)集成度和工艺水平不断提高，深亚微米工艺已经走向成熟，使得在单芯片上完成系统级整合成为可能，从而实现片上系统设计SoC(System on Chip)。同时在计算机硬件性能大幅提升，高性能EDA工具的不断开发的前提下，基于IP核复用技术的SoC设计在电子行业中迅速推广，降低了产品的开发成本和周期，极大的提高了设计效率。

目前，电动伺服控制器仍采用“DSP+CPLD+中间转换电路”的设计模式，这种设计电路增加了控制器设计尺寸和功耗。同时电动伺服机构在军事装备领域的应用背景，现有的设计模式在产品设计的保密性和安全性很难保证。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型目的在于提供了一种具有功耗低、集成度高、控制精度高，抗电磁干扰强、保密性高的电动伺服控制电路。

本实用新型提供了一种电动伺服控制电路，包括处理器电路、霍尔调理电路、信号驱动电路、控制接口电路、反馈接口电路；所述处理器电路的第一输入端与所述控制接口电路连接，所述处理器电路的第二输入端与所述反馈接口电路的输出端连接，所述处理器电路的第三输入端与所述霍尔调理电路的输出端连接；所述信号驱动电路的输入端连接至所述处理器电路的输出端；所述霍尔调理电路的输入端作为电动伺服控制电路的第一输入端，用于接收霍尔输入信号Hrin；所述反馈接口电路的输入端作为电动伺服控制电路的第二输入端，用于接收电压输入信号Vin；所述信号驱动电路的输出端作为电动伺服控制电路的输出端。

更进一步地，所述处理器电路包括相互连接的MCU模块和FPGA模块；所述MCU模块用于控制算法及内部数据通讯功能；所述FPGA模块用于芯片内、外数据交互功能。

更进一步地，所述MCU模块包括相互连接的ARM处理器和Cache控制器，所述ARM处理器用于控制算法实现功能；所述Cache控制器用于传输过程中的数据高速缓存。

更进一步地，所述FPGA模块包括：SPI总线模块、CAN总线模块、GPIO模块、APB主控制模块、APB从控制模块、APB接口总线模块、AHB总线矩阵模块和FPGA Fabric模块；所述AHB总线矩阵模块的第一控制端用于与所述MCU模块连接，所述APB接口总线模块的第一控制端与所述AHB总线矩阵模块的第二控制端连接，所述APB主控制模块的控制端和所述APB从控制模块的控制端均与所述APB接口总线模块的第二控制端连接；所述SPI总线模块的输出端和所述GPIO模块的输出端均与所述APB从控制模块的输入端连接；所述CAN总线模块的输入端连接至所述APB主控制模块的输出端，所述CAN总线模块的输出端连接至所述FPGA Fabric模块的输入端，所述FPGA Fabric模块的输出端连接至所述GPIO模块的输入端。

其中，CAN总线模块通过将处理器内部的APB接口总线跨接到AHB总线矩阵，并通过FPGA Fabric模块与所述外部控制接口连接，实现内、外数据交互功能；所述SPI总线模块通过将处理器内部的APB接口总线跨接到AHB总线矩阵后，并通过FPGA Fabric模块连接到所述反馈接口电路，将外部角度传感器的位置反馈数字量接收到处理器内部ARM控制模块，以实现电动伺服控制位置控制功能；所述APB接口总线配置为从控制模式与所述外部控制接口连接，所述APB接口总线配置为主控制模式与所述反馈接口电路连接；所述GPIO模块通过将处理器内部的APB接口总线跨接到AHB总线矩阵后，并通过FPGA Fabric模块连接到所述信号驱动电路，经信号驱动电路功率放大后输出给后级驱动模块，实现控制伺服机构偏转。所述GPIO模块通过将处理器内部的APB接口总线跨接到AHB总线矩阵后，并通过FPGA Fabric模块连接到所述霍尔调理电路，霍尔信号经霍尔调理电路后输出给处理器，实现无刷电机伺服机构换向及控制功能。

本实用新型提供的电动伺服控制电路与传统控制电路相比，由于本电路采用全数字、高集成度设计，具有功耗低、集成度高、控制精度，抗电磁干扰强、保密性高等特点。采用本实用新型的电动伺服控制电路可以节省以往传统控制电路中控制信号的电平转换电路，同时控制、反馈信号数字化设计，增强信号抗干扰能力。该电动伺服控制电路为未来武器型号的电动伺服控制器提供一种前瞻性设计。

附图说明

图1是本实用新型提供的电动伺服控制电路的模块结构示意图；

图2是本实用新型提供电动伺服控制电路中处理器电路的内部构成示意图；

图3是本实用新型提供的电动伺服处理器软硬件的实现流程示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

片上系统SOC具备IP核用户自主开发，IP核构成的SOC片上系统在功耗、可靠性和自主知识产权等方面具有不可比拟的优势。嵌人式电子技术在军事装备技术中所占的比重不断加大，瞄准技术发展的前沿，利用新技术来倍增战斗力具有重要意义。这种设计电路成功解决了传统电动伺服电路在功耗低、集成度、控制精度，抗电磁干扰、保密性高等固有缺陷。

如图1所示，本实用新型提供的电动伺服控制电路包括：处理器电路1、霍尔调理电路2、信号驱动电路3、控制接口电路4和反馈接口电路5；其中，处理器电路1的第一输入端与控制接口电路4连接，处理器电路1的第二输入端与反馈接口电路5的输出端连接，处理器电路1的第三输入端与霍尔调理电路2的输出端连接；信号驱动电路3的输入端连接至处理器电路1的输出端；霍尔调理电路2的输入端作为电动伺服控制电路的第一输入端，用于接收霍尔输入信号Hrin，反馈接口电路5的输入端作为电动伺服控制电路的第二输入端，用于接收电压输入信号Vin，信号驱动电路3的输出端作为电动伺服控制电路的输出端。

如图2所示，本实用新型提供的电动伺服控制电路中处理器电路包括：MCU模块和FPGA模块；MCU模块与FPGA模块之间通过数据总线、控制总线及地址总线进行数据传输。外设接口SPI总线模块、CAN总线模块、GPIO模块通过FPGA Fabric模块与外部控制接口连接，完成了硬件电路的连通性。并通过跨接到AHB总线矩阵实现APB总线与MCU进行数据，MCU处理器将外部反馈信号、控制信号及霍尔信号进行运算后输出控制量，并通过后级功率驱动电路放大后实现对电动伺服机构位置控制。

其中，MCU模块包括ARM处理器和Cache控制器；ARM处理器用于电动伺服系统控制算法运算；Cache控制器用于传输过程中的数据高速缓存。

FPGA模块包括：AHB总线矩阵模块、APB接口总线模块、APB主控制模块、APB从控制模块、CAN总线模块、SPI总线模块、GPIO模块和FPGA Fabric模块；外设接口SPI总线模块将外部角度传感器的位置反馈数字量接收到处理器内部ARM控制模块，以实现电动伺服控制位置控制功能；CAN总线模块与外部控制接口连接，实现芯片内、外数据交互功能；GPIO模块连接到霍尔调理电路和驱动电路，实现无刷电机的换向功能控制；FPGA Fabric模块与外部接口连接，完成了硬件电路的连通性；AHB总线矩阵模块实现内、外数据的交换；APB接口总线模块(接口总线模块、主控模块及从控制模块)主要作用将外部硬件检测信号进行处理，并与内部总线模块实现信息交互。

如图3所示，本实用新型提供处理器软硬件的实现设计包括：硬件设计、软件设计及软硬件协同设计过程，软硬件协同设计的方法可以提高片上系统的资源利用率，从而达到最佳的软硬件契合性。根据系统接口要求，对软、硬件进行功能划分，明确软硬件设计工作任务。硬件设计主要实现平台搭建工作，主要包括外部接口电路设计工作、功能模块行为模型建立及对各个行为模型电路进行综合仿真分析工作。软件设计主要完成控制算法及必要的逻辑功能实现，主要包括软件接口通讯协议、架构设计、逻辑设计及算法设计工作。其中软件架构搭建完成后开始软件接口通讯协议的设计工作，实现与上位机和下位机数据通讯；在软件设计过程中必要的逻辑换算功能，以完善整个软件架构的合理性设计；最后通过算法设计实现电动伺服控制要求。在设计过程中，可以通过软件开发平台进行功能和性能仿真分析，解决前期设计存在的不合理，减少了产品设计过程中反复设计。

在本实用新型中，霍尔调理电路2包括电机霍尔传感器供电电路和位置反馈信号处理电路。

信号驱动电路3包括控制电路隔离输出电路以及驱动放大电路，其芯片型号GH0631和MSK4360。

控制接口电路4包括MCU模块和FPGA模块，并通过跨接到AHB总线矩阵实现APB总线与MCU进行接口数据交换，主芯片型号为M2S050-FGG484。

反馈接口电路5包括ARM处理器和Cache控制器通过内部AHB总线矩阵将APB接口总线连接的模块，和将外部角度传感器的位置反馈数字量接收到ARM处理器控制模块，并通过FPGA Fabric模块连接到所述反馈的电路。

本实用新型解决了传统电动伺服控制电路存在抗干扰能力弱、控制精度低、功耗高、尺寸大等问题。采用实用新型的电动伺服控制电路可以节省以往传统控制电路中控制信号的电平转换电路，同时控制、反馈信号数字化设计，增强信号抗干扰能力。该电动伺服控制电路为未来武器型号的电动伺服控制器提供一种前瞻性设计。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。